Лекция почвовебение. Лекция_почвоведение. Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения

• Название: Введение цель и задачи курса, краткая история развития почвоведения
• Анкор: Лекция почвовебение
• Дата: 08.10.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Лекция_почвоведение.doc
• Тип: Лекция; #721494
• страница: 6 из 16

Дополнительная литература

.Качинский Н.А. Физика почв. М.: Высшая школа. 1965. Ч.1.

2.Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: МГУ. 1986. 243 с.

3.Воронин А.Д., Шеин Е.В. Принципы и методы мониторинга физических свойств почв // Вестник МГУ. Сер. 17, почвоведение. 1990. №4. С.40-48.

4.Науменко А.А. Физическое состояние пахотных темно-каштановых почв в системе изучения почвенного антропогенеза степей Казахстана. // Автореф. дисс… д.б.н. Алматы. 1996. 49 с.

ЛЕКЦИЯ 7

ПОЧВЕННАЯ ВЛАГА, ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ (ВОДНЫЕ) СВОЙСТВА И ТИПЫ ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВ

Почвенная влага, находящаяся под влиянием

разнообразных сил, очень неоднородна. Она удерживается с различной силой, характеризуется разной подвижностью, обладает неодинаковыми свойствами. По современным воззрениям почвенную влагу принято делить на категории, формы и виды (А.А.Роде, 1965).

1.Кристаллизационная (конституционная) влага отличается исключительно высокими прочностями связей и полной неподвижностью.

2.Твердая влага (лед). Неподвижная влага.

3.Парообразная влага – передвигается в форме водяного пара от участков с высокой абсолютной упругостью; может пассивно передвигаться с током воздуха.

4.Прочносвязанная влага – весьма прочно удерживается адсорбционными силами, присущими почвенным частицам, образует на поверхности частиц тонкую пленку толщиной в 2-3 молекулы воды. Может передвигаться только в парообразном состоянии.

5.Рыхлосвязанная влага удерживается на поверхности тонких пленок прочносвязанной воды силой ориентированных молекул (диполей воды), а также за счет гидратирующей способности обменных катионов. Образует вокруг почвенных частиц пленку, толщина которой может достигать десятков молекулярных диаметров воды. Передвигается под влиянием сорбционных сил.

6.Свободная влага не связана силами притяжения с почвенными частицами, передвигается под влиянием капиллярных и гравитационных сил.

Свободная влага делится на три формы – подвешенная, подпертая гравитационная и свободная гравитационная.

1)Для подвешенной формы влаги характерно отсутствие гидрологической связи с постоянны или временным водоносным горизонтом.

2) Подпертая гравитационная влага удерживается в силу близкого залегания грунтовых вод, подпирающих снизу влагу в капиллярах и более крупных порах почвы.

3)Свободная гравитационная влага находится преимущественно в крупных порах почвы и передвигается исключительно под влиянием силы тяжести.

Почвенно-гидрологические константы.

Границы значений влажности, характеризующие пределы появления различных категорий и форм почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами.

А.А.Роде (1965) рассматривает почвенно-гидрологические константы как точки на шкале влажности почвы, при которых количественные изменения в подвижности влаги переходят в ее качественные отличия.

В агрономической практике величинами почвенно-гидрологических констант характеризуются пределы доступности влаги для растений.

Выделяют пять основных почвенно-гидрологических констант, которые выражают в процентах от массы (веса) или объема почвы.

1.Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) – наибольшее количество прочносвязанной влаги, удерживаемое силами адсорбции; влага недоступна растениям.

2.Максимальная гигроскопичность (МГ) – наибольшее количество влаги, которое почва может адсорбировать из воздуха, почти (на 98%) насыщенного водяным паром (при относительной влажности воздуха более 94%). Влага недоступна растениям.

3.Почвенная. влажность устойчивого завядания растений (ВЗ) – По влажность, при которой растения начинают обнаруживать признаки завядания, не исчезающие при перемещении в атмосферу, насыщенную водяными парами; нижний предел доступности растениям влаги.

4.Наименьшая (НВ - по Майеру), или предельная полевая (ППВ – по Л.П.Розову и С.И.Долгову) влагоемкость – наибольшее количество подвешенной влаги, которое почва в природном залегании может держать в неподвижном или практически неподвижном состоянии после обильного естественного или искусственного увлажнения и стекания влаги. Верхний предел доступной для растений влаги.

5.Полная влагоемкость, - полная водовместимость (ПВ) – наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии заполнения всех пор водой; сумма прочносвязанной, рыхлосвязанной и свободной воды в почве.

Особой константой водных свойств почвы является влажность разрыва капиллярных связей (ВРК), поскольку при ее наступлении происходит резкое изменение (уменьшение) подвижности почвенной влаги – «подвешенная влага в процессе своего испарения теряет способность передвигаться к испаряющей поверхности» (Роде, 1965). А природе она встречается в почвах парующих полей при длительном отсутствии осадков. Растения хорошо усваивают влагу лишь в том случае, если в почве она имеется сверх ВРК. Кроме того, более высокая влажность разрыва капиллярных связей (ВРК) способствует уменьшению физического испарения с поверхности почвы. Для ее повышения рекомендуется улучшать структуру почвы (Абрамова, 1953).

Многими исследователями (Большаков, 1950: Абрамова, 1953 и др.) установлено, что ВРК обычно составляет 65-70% от наименьшей влагоемкости (НВ).

Важнейшим показателем водно-физических свойств почв является величина диапазона доступной влаги (ДДВ = НВ – ВЗ), которая показывает наиболее возможное содержание в почве продуктивной влаги при условии глубокого залегания грунтовых вод.

Водные свойства почв.

Важнейшими водными свойствами почв являются водоудерживающая способность (сорбция воды), влагоемкость, водопроницаемость и водоподъемная способность.

Сорбция воды (способность поглощать воду) тем сильнее проявляется в почве, чем больше степень ее дисперсности. Сорбция зависит от механического, минерального и химического состава почвы, а также от ее гумусированности.

Свойство почвы сорбировать парообразную влагу называется гигроскопичностью, а поглощенная влага получила название гигроскопической (Г). Гигроскопическую влагу выражают в процентах от веса абсолютно сухой почвы.

Количество сорбируемого водяного пара зависит от влажности воздуха, с которым соприкасается почва. Чем больше воздух насыщен парами воды, тем больше влаги сорбируется почвой. При низкой относительной влажности воздуха (20-40%) образуется монослой сорбированной влаги; при дальнейшем насыщении воздуха парами воды количество сорбируемой влаги увеличивается. Когда относительная влажность воздуха приближается к 100%, почва насыщается водой до условной величины, называемой максимальной гигроскопичностью (МГ), которая выражается в процентах к сухой почве (колеблется в пределах 2-9%).

Величина гигроскопичности зависит от дисперсности, минералогического состава, гумусированности и состава обменных оснований почвы (колеблется в пределах 1-5%).

Чем тяжелее почва по механическому составу, чем больше содержится в ней коллоидных частиц и чем больше гумуса, тем выше ее гигроскопичность.

Влияние минералогического состава на сорбцию водяных паров особенно ярко проявляется при высокой относительной влажности (более 95%): монтмориллонит сорбирует влагу больше, чем иллит и каолинит.

Важной гидрологической характеристикой является влажность устойчивого завядания растений (ВЗ). ВЗ представляет собой запас воды в почве, который считается недоступный растениям.

Этот показатель имеет важное практическое значение, так как позволяет вычислить полезный запас воды в почве (продуктивная влага), все количество воды сверх влажности завядания. ВЗ зависит, главным образом, от влагоемкости, от общей и капиллярной скважности, а также от объемной массы (плотности) почвы.

С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической практике понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой подпертой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

Наименьшая влагоемкость (НВ) соответствует такой влажности, которая сохраняется в почвогрунте, не испытывающем капиллярного подтока влаги, после стекания избыточной воды, поступающей с поверхности почвы. Это максимальное количество воды фактически удерживаемое почвой в природных условиях в состоянии равновесия, когда устранено испарение и дополнительный приток воды. Величина наименьшей влагоемкости (НВ) зависит от механического, минералогического и химического состава почвы, ее плотности и скважности.

Когда в почве все поры заполнены водой, наступает состояние увлажнения, называемое полной влагоемкостью или водовместимостью (водоемкостью). Состояние полного насыщения грунта водой характерно для горизонтов грунтовых вод. Практически в почвах, насыщенных водой до состояния полной влагоемкости, содержится 5-8% защемленного воздуха. Учитывая это, водовместимость можно рассчитать по общей плотности почвы за вычетом объема защемленного воздуха.

Водопроницаемость – способность почвы воспринимать воду и передвигать ее вниз под влиянием силы тяжести. Различают две стадии водопроницаемости – впитывание и фильтрацию. Когда поры почвы лишь частично заполнены водой, тогда при поступлении воды наблюдается ее впитывание в толщу почвогрунта; когда почвенные поры полностью насыщены водой, происходит фильтрация воды, т.е. движение в условиях сплошного потока жидкости.

Водопроницаемость измеряется объемом воды, протекающей через единицу площади поверхности почвы в единицу времени, выражается в мм водного столба в единицу времени (мм/мин, см/час, м/ сут).

В природных условиях чаще наблюдается движение влаги при неполном насыщении пор водой. Фильтрация может проявляться лишь при выпадении большого количества осадков, при бурном снеготаянии или при орошении большими нормами.

На величину и характер водопроницаемости в сильной мере влияет порозность почвы и грунта – величина, форма и направленность пор, что в свою очередь связано с гранулометрическим (механическим) составом и структурностью. В структурных почвах она обусловлена размерами агрегатов, их положением относительно друг друга и главным образом – водопрочностью. Водопроницаемость уменьшается со временем, так как при насыщении почвы водой происходит разрушение структуры, постепенное уплотнение за счет заиливания порового пространства. В тяжелых почвах водопроницаемость меньше, чем в легких.

Оптимальная водопроницаемость (скорость фильтрации), например, для пахотных темно-каштановых почв Казахстана соответствует 0,70-1,50 мм/мин (это позволяет поглощать сток). Установлена также критическая водопроницаемость этих почв – 0,35 мм/мин (Науменко, 1996).

Интересны в связи с этим исследования М.Г.Чижевского и И.К.Макарец (1958): при увеличении объемной массы от 1,06 до 1,17 г/см³ водопроницаемость снижается на 30%, а при ее увеличении с 1,17 до 1,34 г/см3 водопроницаемость падает более чем в 15-20 раз.

Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Более тонкие поры заполнены связанной водой. Поэтому водоподъемная способность возрастает от песчаных почв к суглинистым и снижается в глинистых. Максимальная высота подъема воды над уровнем грунтовых вод для песчаных почв 0,5 – 0,7 м, для суглинистых – 3,6 м.

В результате капиллярных явлений и водоподъемной способности почв грунтовые воды участвуют в дополнительном снабжении растений водой, развитии восстановительных процессов и засоления в почвенном профиле.

Типы водного режима почв

Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Количество его выражают через водный баланс. Водный баланс характеризует приход влаги в почву и расход из нее.

Поступающая в почвы с осадками влага Р расходуется на испарение Е, десукцию Д, поверхностный сток F₁ и внутрипочвенный F₂. При большом количестве осадков часть влаги просачивается сквозь почву, т.е. идет на инфильтрация J и пополнение грунтовых вод

Водный баланс (мм) автоморфных почв можно представить уравнением Р = Е + Д + F₁ + F₂ + J. Соотношение между годовой суммой осадков Р (мм) и годовой нормой испаряемости Е_n (мм) используется в качестве показателя степени увлажнения территории (КУ):

Р

КУ = -- ---

Е_n

Там, где коэффициент увлажнения (КУ) > 1,0, избыток атмосферной влаги, поступающей в почвы в условиях свободного дренажа, просачивается сквозь почву и идет на пополнение грунтовых вод и далее расходуется через подземный грунтовый сток. Такой тип водного режима почв называется промывным.

В пределах СНГ промывной тип водного режима характерен для подзолистых почв и подбуров таежной зоны, желтоземов и красноземов влажных субтропических лесов.

При коэффициенте >1 и плохом дренаже (чему способствует плоский рельеф и тяжелый механический состав почв и пород) избыток атмосферной влаги застаивается в почвах и в них формируются временные или постоянные горизонты почвенной верховодки. Такой тип водного режима называется водозастойным. Он характерен для большинства суглинистых почв тундровой зоны, и его усиление здесь связано с наличием горизонта вечной мерзлоты. Особенно велики площади почв с водозастойным режимом в южной тундре и лесотундре, где преобладают болотные и тундрово-глеевые почвы.

В условиях, где коэффициент увлажнения <1,0, т.е. сумма осадков за год меньше, чем суммарная испаряемость, вся влага, попадающая в почву, расходуется на испарение и десукцию. В таких случаях между горизонтом ежегодного промачивания почв и горизонтом грунтовых вод имеется постоянно сухой слой, названный первым исследователем водного режима почв Георгием Николаевичем Высоцким «мертвым» горизонтом. Такой тип водного режима называется непромывным. Непромывной режим характерен для почв степной зоны – черноземов и каштановых почв, а еще более резко он выражен в бурых и серо-бурых почвах пустынь.

Периодически промывной тип водного режима характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости (КУ = 1, при колебаниях 1,2 – 0,8). Характерно чередование ограниченного промывания в сухие годы и сквозного промачивания (промывной тип) во влажные. Такой тип водного режима присущ серым лесным почвам, черноземам оподзоленным и выщелоченным. Водообеспеченность почв неустойчивая.

Выпотной тип (КУ>1) проявляется в степной, особенно в полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Характерно преобладание восходящих потоков влаги за счет подтока ее по капиллярам от грунтовых вод. При высокой минерализации грунтовых вод в почву поступают легкорастворимые соли и почва засоляется. Так образуются гидроморфные солончаки.

Ирригационный тип создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные типы водного режима. В период полива формируется промывной тип, сменяющийся затем непромывным и даже выпотным. Вследствие этого в почве создаются нисходящие и восходящие токи воды.